微生物的培养

第四章 微生物的营养和培养基

本章重点: 营养、营养物的概念；微生物的六大营养要素及其功能；微生物的营养类型；

营养物质的运输方式。

本章难点：培养基及其类别；营养基的选用原则、营养基的设计及配制的原则与方法。

建议学时：8学时

营养物：

能为机体生命活动提供结构物质、能量、代谢调节物质和良好的生理环境的物质称为营养物。

营养： 指生物体从外部环境摄取其生命活动所必须的能量和物质，以满足其生长和繁殖需要的一种生理功

能 。

第一节 微生物的六类营养要素

一、细胞化学组成

微生物细胞的化学组成（以大肠杆菌为例）

元素 碳 氧 氮 氢 磷 硫 钠 钾 钙 镁 氯 铁 其他 干重(%) 50.0 20.0 14.0 8.0 3.0 1.0 1.0 1.0 0.5 0.5 0.5 0.2 0.3

1、水分和无机元素

含水70-90%（鲜重），无机元素（3-10%干重）依次为P、S、K、Mg、 Ca、Fe、Zn、Mn等。

2、有机物

蛋白质,核酸,碳水化合物,类脂,维生素等。 二、微生物的六种营养要素及其功能

（一）碳源：

1、定义：凡可构成微生物细胞和代谢产物中碳架来源的营养物质称为碳源。

2、生理功能：

构成细胞物质，供给微生物生长发育所需要的能量。 3、碳源谱

(1)碳源谱特点 1）微生物能利用的碳源类型大大超过了动物界或植物界所能利用的碳化合物。

2）碳源谱的广度是从整个微生物界的角度来讨论的。如果针对某一种具体微生物来看，则不同种的微

生物其具体碳源利用范围是很悬殊的。

3）凡必须利用有机碳源的微生物，就是为数众多的异养微生物，凡能利用无机碳源的微生物，则是自

养微生物。 4）对异养微生物来说，它的碳源同时又充作能源，这时，可认为碳源是一种双功能的营养物。

(2) 利用顺序 对异养微生物来说，其最适碳源则是“C.H.O”型。其中，糖类是最广泛利用的碳源，其次是醇类、

有机酸类和脂类等。在糖类中，单糖胜于双糖和多糖，己糖胜于戊糖，葡萄糖、果糖胜于甘露糖、半乳

糖；在多糖中，淀粉明显地优于纤维素或几丁质等纯多糖，纯多糖则优于琼脂等杂多糖和其他聚合物(如

木质素)。 （二）氮源

1、定义：凡是构成微生物的细胞物质或代谢产物中氮素来源的营养物质称为氮源。

2、生理功能

主要是提供合成原生质和细胞其他结构的原料，一般不作能源。

3、氮源谱

(1)氮源谱特点

1）微生物的氮源谱大大广于动物或植物的。

2）氨基酸自养型和异养型生物：能把非氨基酸类的简单氮源自行合成所需要的一切氨基酸，可称为“氨

基酸自养型生物”；反之，凡需要从外界吸收现成的氨基酸作氮源的微生物，则可称“氨基酸异养型生

物”。 3）无机的氮源物质一般不提供能量，只有极少数的化能自养则细菌如硝化细菌可利用铵态氮和硝态氮

作为氮源和能源。

4）速效氮源和迟效氮源：含蛋白质的有机氮源称为迟效性氮源；而无机氮源或以蛋白质的各种降解产

物形式存在的有机氮源则被称为速效氮源。

4）生理碱性、酸性、中性盐 (2) 利用顺序

一般说来，异养微生物对氮源利用的顺序是：“N．c．H．o”或“N．c．H．o．x”类优“N．H”

类，更优于“N．o”类，而最不易被利用的则是“N”类。

（三）能源

1、定义：能源是指能为微生物的生命活动提供最初能量来源的营养物或辐射能。 2、能源谱

（1）能作化能自养微生物能源的物质都是一些还原态的无机物质。

（2）在提到能源时，很容易看到一种营养物常有一种以上营养要素功能的例子，即除单功能营养物外，

还存在双功能、三功能营养物的情况。

（四）生长因子 1、定义：一类对微生物正常代谢必不可少且又不能从简单的碳、氮源自行合成的所需极微量的有机物。

2、作用：辅酶或酶活化 3、种类：维生素、AA、base、FA等。

4、生长因子与微生物的关系

(1)生长因子自养型微生物：

需要外界提供生长因子的微生物，包括多数真菌、放线菌、霉菌。 (2)生长因子异养型微生物

其生长需要多种生长因子的微生物，包括乳酸菌、动植物致病菌、原生动物、支原体等。

(3)生长因子过量合成微生物

指在其代谢活动中不仅能合成而且可以在自己细胞中大量累积维生素等生长因子的微生物。在实践

上将它们作为维生素等的生产菌。 5、来源：酵母膏、玉米浆、、黄豆饼粉、动植物组织液、麦芽汁等，复合维生素。

浓度：

（五）无机盐

1、种类

根据微生物生长所需要的无机盐离子浓度不同，可分为： (1)大量元素：凡是生长所需浓度在10-3～10-4mol/L范围内的元素，可称为大量元素，包括P、S、K、

Mg、Ca、Na和Fe等。

(2)微量元素：凡是生长所需浓度在10-6～10-8mol/L范围内的元素，则称为微量元素，包括Cu、Zn、

Mn、Mo、和Co等。

2、功能：

3、无机元素来源：

（1）大量元素：加入有关化学试剂，其中首选的是K2HPO4及MgSO4

（2）微量元素：除配制精细培养基，一般不加入。

（六）水

1、生理功能：组成成分；反应介质；物质运输媒体；热的良导体。 2、存在状态：游离态（溶媒）和结合态（结构组成）

第二节 微生物的营养类型

一、微生物营养类型的分类

二、微生物的营养类型

1、光能自养型（光能无机营养型）微生物

2、化能自养（化能无机营养型）微生物

3、光能异养型（光能有机营养型）微生物 4、化能异养型（化能无机营养型）微生物

（1）腐生型：从无生命的有机物获得营养物质。

（2）寄生型：必须寄生在活的有机体内，从寄主体内获得营养物质才能生活称为寄生，这类微生物叫

寄生微生物。

第三节 营养物质进入细胞的方式

一、单纯扩散 1、概念：单纯扩散又称被动运送，是指细胞膜这层疏水性屏障可通过物理扩散方式让许多小分子、非

电离分子尤其是亲脂性的分子被动地通过。

2、特点：依靠胞内外溶液浓度差，顺浓度梯度运输，不消耗代谢能，无特异性。水、二氧化碳、氧气、

甘油、乙醇等。

二、促进扩散 1、概念：促进扩散是在不需要任何能量的情况下，利用细胞膜上的底物特异性载体蛋白在膜的外侧与

溶质分子结合。而在膜的内侧释放此溶质而完成物质的输送。

2、特点：借助载体蛋白顺浓度梯度运输，不耗能，有特异性。

三、主动运送

1、概念：主动运送是指需要能量和载体蛋白的逆浓度梯度积累营养物质的过程，是微生物吸收营养物质的主要机制。

2、特点：吸收营养物的主要机制。逆浓度梯度运输，耗能，需载体蛋白，有特异性。氨基酸、乳糖等

糖类、钠、钙等无机离子。亲和力改变←蛋白构象改变→耗能

四、基团移位

1、概念：基团移位是一种既需要特异性载体蛋白又需耗能、且溶质在运送前后会发生分子结构变化的运送方式。

2、特点：属主动运输，但溶质分子发生化学修饰-定向磷酸化。主要依赖磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）和

磷酸转移酶系统（PTS）。

3 、PTS系统组成

(1)热稳载体蛋白（HPr） (2)酶1

(3)酶2

4、基团移位运输糖的过程：

(1)热稳载体的激活： PEP+ HPr<=>丙酮酸+P-HPr (EI)

(2)糖被磷酸化后运入膜内

膜外环境中的糖先与外膜表面的EIIc结合，再被转运到内膜表面，这时糖在EIIb的催化下，被从

P-HPr上传来的磷酸激活，并把糖-磷酸释放到细胞内。

五、四种运送营养物质方式的比较

第四节 培养基

培养基是一种人工配制的适合微生物生长繁殖或产生代谢产物用的混合养料，它具备微生物所需的六

大营养元素，且其间比例合适。

一、选用和设计培养基的原则和方法

1、四个原则 (1)目的明确：培养什么微生物，获得什么产物，用途

(2)营养协调：恰当配比，尤其是C/N比（100/0.5-2）

(3)物理化学条件适宜

1)pH：

a.各大类微生物都有它们合适的生长pH范围； 细菌——7.0~8.0，放线菌——7.5~8.5，酵母菌——3.8~6.0，霉菌——4.0~5.8

b. 培养基调节能力——pH的内源调节：

a)采用磷酸缓冲液的方式：

b)采用加入CaCO3做“备用碱”的方式。

2)渗透压 a.概念：当两种浓度不同的溶液同被一个半透性薄膜隔开时，稀溶液中的水分子会透过此膜到浓溶液中

去，直到浓溶液产生的机械压力足以使两边的水分子进出达到平衡为止，这时由浓溶液中的溶质所产生

的机械压力即为渗透压。

b.渗透压对微生物的影响 等渗溶液适宜微生物的生长，高渗溶液会使细胞发生质壁分离，而低渗溶液则会使细胞吸水膨胀，

对细胞壁脆弱或丧失的各种缺壁细胞(如原生质体、球状体，支原体)来说、在低渗溶液中还会破裂。

3)水活度

a.概念

水活度是指在相同的温度和压力下，体系中溶液的水的蒸汽压与纯水的蒸汽压之比，即：

它表示在天然环境中，微生物可实际利用的自由水或游离水的含量。

b.水活度在实际应用中的意义： 各种微生物生长繁殖范围的aw值在0.998一0.6之间。在食品保藏中，当aw降低时，微生物死

亡或脱水，或处于休眠状态，因此低aw环境能抑制微生物生长，延长食品保藏时间。

4)氧化还原势Eh：

是度量某氧化还原系统中的还原剂释放电子或氧化剂接受电子趋势的一种指标，其单位是v(伏)或

mv(毫伏)。 好氧微生物+0.1v以上；

兼性厌氧+0.1v以上行好氧呼吸， +0.1v以下行发酵；

厌氧微生物+0.1v以下生长。

（4）经济节约

以粗代精、以废代好、以简代繁等。 2、四种方法

(1)生态模拟

(2)查阅文献

(3)精心设计

(4)试验比较 二、培养基的种类

1、按对培养基成分的了解来分：

(1)天然培养基

(2)组合培养基

(3)半组合培养基 2、按培养基外观的物理状态来分：

(1)固体培养基

(2)半固体培养基

(3)液体培养基：

(4)脱水培养基：含有除水以外的一切成分的商品培养基。 3、按培养基的功能来分：

(1)种子培养基：

(2)发酵培养基：

(3)基础培养基：

(4)选择性培养基： 1) 加富性选择培养基

2）抑制性选择培养基